研究思路 | 多组学专题——如何进行转录组+蛋白组关联分析？

近年来，随着组学技术的快速发展，已成为科研工作者机制研究的重要工具。机体性状的表达需要经过复杂的生命活动，基因突变、基因表达水平、蛋白翻译后修饰、代谢结构变化等诸多因素都在影响着生命体特征的改变。转录组反映了细胞或组织在特定生物过程中活跃的基因表达情况，是连接基因组与蛋白质组的桥梁。与转录组相比，蛋白组更接近于生物体的功能状态，因为蛋白质是生物体中执行绝大多数生物功能的分子。转录组学捕捉基因的瞬时状态，蛋白组学展现基因的最终表现。

随着高通量测序技术的发展，转录组学已成为机制研究的优先选择，通过RNA-seq测序进行基因表达分析，的确推动了相关分子机制的研究。但是mRNA的表达不能完全反映蛋白质表达，RNA在翻译的过程中还会受到诸如翻译调控、RNA修饰等生物过程的影响，常常导致转录和蛋白的表达差异。随着高分辨质谱仪的不断更迭，蛋白质组学技术更成为阐明细胞功能、分子机制的有力工具，联合分析在高分文章屡见不鲜。

基于转录组和蛋白组的数据可以全面、系统地研究基因表达和蛋白调控之间的相互作用和调控关系，基因和蛋白相互影响相互作用，从而才能产生特定的生物功能。转录组与蛋白组进行联合，上可研究基因的起始表达对蛋白形成的影响，下可挖掘基因表达产物对基因表达的反调控作用，深入挖掘其中错综复杂的分子关系。

1、转录组测序：

l 差异基因火山图：用以展示两组样品差异基因的显著性。

l 差异基因热图：直观展示不同样本或分组中的基因表达量变化情况

l 富集分析气泡图：通过富集分析可以将基因进行归类，能更好的了解基因背后的信息

l 富集分析环状图：

l 富集通路的GSEA分析：更关注基因的整体表达趋势，更全面地对某一功能单位的调节作用进行解释。

l KEGG网络图：将通路与基因的关系呈现出来，全局了解通路与通路、通路与基因的关系。

2、蛋白组分析：

l 差异蛋白柱状图：通过不同处理的组合整体的对差异蛋白的上调和下调进行展示

l 差异蛋白质韦恩图：展示整体蛋白的差异情况

l 富集分析气泡图：展示不同处理差异蛋白的功能情况。

l PPI蛋白互作网络：从蛋白质组层面发现差异表达蛋白的变化趋势，进一步帮助我们寻找差异表达蛋白中的关键节点。

3、联合分析：

l 基于富集通路进行共表达分析：筛选在不同组学水平中都出现显著富集的通路作为目标通路来进行分析

l 基于调控网络挖掘关键调控物质：展示不同物质之间直接或者间接的调控关系，并且可以根据网络中的连接程度来筛选关键的调控物质。

l 基于相关性分析：筛选在转录水平和蛋白水平之间共表达的基因/蛋白质，再从中挑选出候选基因/蛋白质进行分析验证

接下来小编分享两篇不同领域的转录组+蛋白组研究案例，带您一览如何用分析方案发高分文章！

中文题目：神经嵴衍生物的环境线索在胚胎神经母细胞瘤模型中充当转移触发因素

发表期刊：Nature Communications

影响因子：14.7

发表时间：2022

文章链接：10.1038/s41467-022-30237-3

研究内容：

1）从胚胎交感神经节和背部神经节产生的外源性因素入手，研究其对NB细胞的影响，包括细胞间黏附、迁移、侵袭以及基因表达等方面。用胚胎交感神经节条件培养基（SGcm）和背根神经节条件培养基（DRGcm）处理NB细胞，进行细胞聚集、迁移和侵袭实验。

2）转录组学分析NB细胞在条件培养基处理下基因表达的变化，GSEA分析显示，与对照相比，条件培养基下细胞-细胞粘附、细胞基质接触和细胞迁移相关基因有显著上调。

3）为了识别微环境触发的因素，蛋白组学分析确定与细胞运动相关的蛋白和生物过程，发现SGcm和DRGcm中含有许多参与细胞运动和迁移的蛋白质。

4）基于蛋白和基因之间的相互调控关系，重点关注OLFM蛋白。联合分析表明OLFM1 通过其受体 RTN4R/NogoR 介导了神经母细胞瘤细胞的粘附性和迁移能力，导致细胞脱离肿瘤并促进转移。

中文题目：通过转录组和蛋白质组的比较，揭示了低温对大蒜变绿的调控机制

发表期刊：Food Research International

影响因子：7.0

发表时间：2022.08

文章链接：10.1016/j.foodres.2022.111823

样本类型：4°C（变绿）和30°C（不变绿）储藏条件下的大蒜

研究内容：

1）对两个不同贮藏温度下的大蒜样本进行转录组测序，探讨低温贮藏对大蒜变绿的调控机制，发现不同温度储存的大蒜在基因表达水平上存在差异

2）蛋白质组学分析显示，在6个大蒜样本中共鉴定出29987个肽段和15163个蛋白

3）通过转录组和蛋白质组的差异表达分析，共鉴定出268个因子，其中186个基因和144个蛋白质在4℃和30℃贮藏条件下表达显著上调，82个基因和124个蛋白质表达显著下调。

4）GO和KEGG富集分析，筛选出一些关键的通路，发现谷胱甘肽代谢、氨基酸代谢和能量代谢在低温调控大蒜绿化中起重要作用。后续作者还用qPCR对通路上的关键基因的表达水平进行验证，实验整体也是比较完整的。

研究总结：

本研究对不同贮藏温度下的大蒜样本进行转录组测序，鉴定到大量的差异DEGs，蛋白质组学鉴定到上调和下调的DEPs。由于在基因和蛋白质水平上描述的生物事件可能会不完全一致，作者采用了DEG和DEP的联合分析，Veen图（结果3）显示，208个因子在蛋白和基因水平上表达趋势一致，其中135个上调，73个下调。富集分析结果（结果4）显示这些差异表达基因和蛋白主要参与代谢过程、催化活性、结合等生物学过程。

小结

蛋白质组学是研究转录组学和基因组学的重要补充，蛋白质组学和转录组学的联合分析，有助于揭示基因表达和功能层面的复杂关系，可以更加准确的锁定功能基因或蛋白，找到相互作用网络，探讨两组学在功能层面的上变化，提供关键基因更精细化的生物学功能。

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